＜中性子 S型課題＞
2018S12

BL04, BL10

パルス偏極熱外中性子の利用
Applications of Pulsed Polarized EpithermalNeutrons
清水裕彦・名古屋大学(on behalf of NOPTREX Collaboration)
中重核による中性子吸収反応は、熱外領域では共鳴吸収反応が支配的であり、幅の狭い共鳴が互いに分離されて観測され、各々の共鳴は直接過程に比べて極めて長い寿命を持つ複合核状態を形成する。それらの共鳴は断面積の大きな s 波共鳴に加えて、断面積の小さな p 波共鳴が観測される。パリティが異なる s 波共鳴と p 波共鳴が小さなエネルギー差で隣接しているときに、p 波共鳴吸収断面積が入射中性子ヘリシティに応じて最大 10%程度変化するという現象が知られている。核力には弱い相互作用が僅かに含まれており、核子核子散乱に 10-7 程度の P 非対称が現れるが、複合核過程における P 非対称はその 106 倍にも及ぶ巨大なものであって、P 非対称の増幅効果として知られている。この増幅効果は空間反転対称性に限らず、時間反転対称性についても働くと考えられており、CPT 定理を通じてCP 非対称の高感度探索につながるため、素粒子標準模型を超える新物理探索として中性子電気双極子能率と相補的な新手法となる可能性がある。そのため、この複合核過程の反応機構を詳細に検証し、複合核状態における空間反転対称性の破れが増幅される機構の研究を進めている。
複合核過程に入口チャネルにおける s 波の振幅と p 波の振幅のうち、p 波は中性子の全角運動量が 1/2 の p1/2 波と 3/2 の p3/2 波の二つの部分振幅の和である。これらの相対強度を実験的に決定する研究を進めている。BL04 ANNRI において139
La(n,γ)140La においてγ遷移の終状態を限定した状態でスピン角相関項を測定することで、p1/2 波の振幅と p3/2 波の振幅の決定を行うというものである。本講演では現状の報告を行う[1,2]。
この結果を用いて、時間反転対称性の破れ(T 非対称)を探索する方法についての研究も進んでいる。T 非対称は偏極標的中の中性子スピン光学に現れる[3]。そこで偏極標的の研究、また熱外中性子ビームの利用効率を向上するための熱外中性子の反射光学の基礎研究も進行中である。
[1] T.Okudaira et al., Phys. Rev. C97 034622 (2018)[2] T.Yamamoto et al., Phys. Rev. C101 064624 (2020)[3] V.Gudkov and H.M.Shimizu Phys. Rev. C102 015503 (2020)＜中性子 S型課題＞
2019S03

J-PARC MLF BL05

J-PARC BL05 (NOP)における基礎物理研究 (2020)
Fundamental physics activities at J-PARC (BL05)
三島賢二・KEK 物質構造科学研究所(NOP コラボレーション代表として)
J-PARC の MLF の核破砕中性子源 BL05 設置されている中性子光学・基礎物理測定装置（NOP）は、基礎物理研究のためのビームラインであり、高品質中性子ビームを供給している。BL05 ビームラインは分岐光学系によって偏極、非偏極、低発散の 3 本のビームブランチにパルス冷中性子ビームを分岐し、それぞれ独立に研究開発が進められるようになっている。本講演では、BL05ビームラインにおける活動とその成果を紹介する。
偏極ビームブランチでは中性子寿命を測定する実験プロジェクトを推進している。中性子寿命は素粒子や宇宙物理学にとって重要なパラメータであるが、その測定方法によって値が誤差以上に異なる、という問題が存在する。BL05
では今まで行われていた方法とは別の方法で中性子寿命を精度良く測定する実験を遂行している。
非偏極ビームブランチでは、ドップラーシフターによるパルス超冷中性子(UCN)が利用可能である。UCN を用いた中性子電気双極子モーメント探索実験のため、このパルス UCN の透過、蓄積実験を行い、デバイスの開発を行っている。
低発散ビームブランチでは、希ガスによる中性子散乱の依存性を測定し、nm 領域での未知の中間力を探索する実験を行っている。また、中性子干渉計を新たに立ち上げ、原子核の散乱長測定を開始した。低発散ビームブランチは光学素子や検出器の研究開発にも利用されている。例えば数十ナノメートルの分解能を持つエマルジョンを用いた位置検出器の開発を進めており、イメージングといった応用研究も進めている。

＜中性子 S型課題＞
2019S05

MLF-BL08

SuperHRPD の開発と機能性物質の構造科学研究
Development of SuperHRPD and structural study offunctional material
萩原雅人、鳥居周輝、Kwanghee Cho、齊藤高志、神山崇KEK 物構研中性子

粉末中性子回折は物質科学を支える強力な手段であり、物質構造科学上の知見を得る手段として定着している。その中で、高分解能回折は、通常の分解能での回折実験では得られない、あるいは得るのが難しい科学的知見をもたらしてきた。一例を挙げれば、英国 ISIS の高分解能粉末中性子回折装置
HRPD は、フラーレンの相転移や負の熱膨張の結晶学的研究などの当時の他の中性子回折装置では難しい科学的知見を物質科学にもたらした。MLFに設置されている SuperHRPD[1]は中性子回折計では世界最高分解能(Δd/d= 0.0365%)をもち、強度や S/N においては他の TOF 回折装置より優れている。
Super-HRPD の目指すサイエンスは装置性能を生かし、他の装置では観測されなかった Symmetry Breaking を発見し新しい科学的知見に繋げることであり、表題のタイトルでプロジェクト型 S 型課題 2019S05 を推進している。
装置の分解能に関しては 2015 年に背面バンクの検出器を 8mmPSD に換装することで実現されたが、以降様々なサイエンスに対応するために試料環境を整備してきた。これまではボトムローディング型冷凍機、試料交換が簡便なトップローディング型冷凍機、高温測定が可能なバナジウム炉および高磁場測定のためのマグネットにより 2.6 K – 1170 K および 0 – 14 T の試料環境を実現していた。ここ１、２年で新たに 0.9 K – 300 K の測定が可能な 3He 冷凍気および、室温を跨ぐ温度測定が可能な Cryofurnace(4 K – 800 K)の整備を行なっており、一般ユーザーに開放するに至った。当日はこれらの整備状況を紹介するとともに、実際にこれらの試料環境機器を用いたサイエンスを紹介する。また粉末リートベルト解析ソフトウェア Z-Rietveld の近況についても紹介する予定である。

[1] S. Torii et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, SB020 (2011).
[2] R. Oishi Tomiyasu et al., J. Appl. Cryst. 45, 299–308 (2012).

＜中性子 S型課題＞
2019S06

MLF-BL21

高強度中性子全散乱法による機能性材料の規則−不規則構造解析
Analysis of ordered/disordered structure
in functional materials
with high intensity neutron total scattering technique
池田一貴 1, 2, 3、本田孝志 1, 2, 3、大友季哉 1, 2, 3, 4、大下英敏 1, 2、鈴谷賢太郎 2、川北至信 2、社本真一 5、樹神克明 5、福永俊晴 6、小野寺陽平 6、森一広 6、
亀田恭男 7、山口敏男 8、吉田亨次 8、中村優美子 9、榊浩司 9、Hyunjeong Kim9、町田晃彦 10、伊藤恵司 11、安芳次 1、佐次田頌 3、角田茉優 4
1 KEK 物構研、2 J-PARC センター、3 総研大高エネ、
4 茨城大理工、5 JAEA 量子ビーム、6 京大複合研、7 山形大理、8 福岡大理、
9 産総研創エネ、10 量研量子ビーム、11 岡山大教
物質中の水素は、生命活動から新規材料まで、様々な物性や機能を誘起する元素である。中性子は水素（プロトン）を高精度で観測しうる量子ビームであり、とくに物質中の水素–水素相関の観測においては唯一のプローブと言える。中性子全散乱法は、ピコ秒以下の時間窓での原子間相関（瞬間構造）を観測でき、液体、非晶質を始めとして結晶における不規則構造の解析が可能である。本研究は、J-PARC 物質・生命科学実験施設・高強度全散乱装置（NOVA）において、全散乱法を用いて水素化物を中心とした機能性材料の構造解析を行い、多彩な物質の物性・機能の構造的な起源を解明することを目指す。本研究における NOVA の高度化として、微量試料測定、短時間測定、精密測定をキーワードとした測定基盤技術の高度化、PDF 解析法による物質中水素に関する構造解析、結晶・磁気 PDF 解析の高度化、構造モデリングの高度化などを進めている。
2020 年度の主な成果
・測定基盤技術の高度化
Ø ラジアルコリメータ導入による試料環境バックグランド低減効果の検証
Ø Rietveld/PDF 解析に必要な測定時間の評価・構造解析手法の開発
Ø 磁気 PDF を利用した局所磁気構造解析
Ø バナジウム系合金における水素貯蔵特性劣化メカニズムの解明
・2 体分布関数を用いた物質の構造解析
Ø H/D および 6Li/7Li 同位体置換試料による液体の精密構造解析
本研究の一部は、中性子共同利用 S1 型実験課題（2019S06）、科研費新学術領域研究（JP18H05518、JP19H05814）、基盤研究(C)（19K12650）の助成のもとで進められた。

＜中性子 S型課題＞
2019S07

MLF／BL06「中性子共鳴スピンエコー分光器群（VIN ROSE）によるスローダイナミクス研究」 状況報告
Study on slow dynamics by the neutron resonancespin echo spectrometers (VIN ROSE) –Progress
report–小田達郎 1，日野正裕 1，遠藤仁 2，大下英敏 2，瀬谷智洋 2，安芳次 2，船間史晃 3，瀬戸秀紀 2, 川端祐司 11 京大複合研，2 KEK 物構研，3 京大院工J-PARC MLF BL06 VIN ROSE [1] における S 型課題 2019S07 の状況を報告する．測定の高効率化のため大面積（32x32cm2 ）で高時間分解能をもつ
Mpix 検出器（図 1）を導入し，利用を開始した．MIEZE (Modulation of intensitywith zero effort)法では中性子の経路差のため検出器面上で位相分布が生じる [2]．大面積ではこれが顕著になるため，正しい I（Q,t）の評価のための位相補正法の実証実験を行った（図 2）．NRSE (Neutron resonance spin echo)の高分解能化のための回転楕円集光ミラーを用いた体系でスピンエコー実験を行った [3]．MIEZE 法の特徴をいかした，低温や磁場環境下でのスピンエコー測定 [4] を推進するため，BL06 専用の試料環境として 4K GM 冷凍機（図3）と電磁石（最大磁場 0.5T）の導入とテストを進めている．

図 1. (上)Mpix 検出器
図 2. (上)検出面上の位相分布(下)Glassy carbon の小角散乱 (下)位相補正後の位相分布

図 3. BL06 に導入する
4K GM 冷凍機

[1] M. Hino et al., J. Nucl. Sci. Technol. 54, 1223-1232, (2017)[2] T. Oda et al., Phys. Rev. Applied 14, 054032 (2020)[3] F. Funama., et al., J. Surf. Investig. 14, S50–S55 (2020)[4] T. Nakajima et al., Phys. Rev. Res. 2, 043393 (2020)＜中性子 S型課題＞
2019S09

MLF-BL23

偏極中性子散乱装置 POLANO による交差相関物理の解明
Study on Cross-correlated Physics by POLANO
横尾哲也 1,2、金子直勝 1,2、伊藤晋一 1,2、林浩平 1、猪野隆 1,2、齋藤開 3、林田
洋寿 4、藤田全基 5、大河原学 5、池田陽一 5、南部雄亮 5、谷口貴紀 5、奥隆之
2、大山研司 6、小野寛太 1、羽合孝文 1
1KEK-物構研、2J-PARC センター、3 東大物性研、4CROSS、5 東北大金研、
6 茨城大

S1 型課題 2014S09 に引き続き、2019S09 の枠組みで推進されている本課
題は J-PARC、MLF に偏極中性子散乱装置の新規建設とそれを用いたパルス中性子における偏極中性子散乱法の確立、および偏極度解析を利用した物性研究を目的としている。これまで鋭意進めてきた分光器建設も 2018 年度までの工事で主要部分の製作・設置を終了した。続けてオフビーム及びオンビームのコミッショニングを実施し、機器調整や機器性能、中性子ビームの評価などを推進した。これにより 2019A 期より、コミッショニングを進めながら、非偏極ビーム一般課題の受け入れを開始した。
一方で、POLANO における偏極実験はまだ実現していない。パルス（TOF）
における偏極中性子技術は世界的に見ても現在発展途上にあり、多くの重要な技術開発が必要である。我々はそれら技術開発にも注力し、偏極機器と磁場環境の開発をほぼ終了した。昨年度以降コロナ禍の影響もあり、様々な制約を受けているが磁場環境機器の整備を進め、SEOP 偏極子も含め実装を目前に控えている。講演では POLANO における S1 型課題のアクティビティーを総括する。

＜中性子 S型課題＞
2019S10

MLF-BL09 （2019S10）

特殊環境中性子回折装置 SPICA（BL09）における機能性材料の構造科学研究
Structural research of functional materials at Special
Environment Powder Diffractometer SPICA (BL09)
齊藤高志 1,2、塩家正広 3、南波薫 4、鳥居周輝 1,2、萩原雅人 1,2,5、
Nur Ika Puji Ayu5、神山崇 1,2,5
1
KEK 物構研、2J-PARC センター、3BBT、4WDB エウレカ、5 総研大J-PARC MLF の革新型蓄電池実験棟（BL09）に設置された特殊環境回折装置 SPICA は、電池における充放電反応の operando 測定を主目的として電池研究に特化した仕様で開発された TOF 型粉末中性子回折装置である。また革新型蓄電池実験棟には専用の化学実験室やオフビームで長期間利用できる充放電測定設備が備えられており、大強度中性子を利用して効率よく蓄電池の解析を行うことができるよう工夫されている。SPICA は回折計として高分解能と大強度という、相反する性能を共存させるよう設計され、高精度の粉末構造解析を行うことが出来る他、ブラッグエッジ透過分光法によるイメージング測定も可能であり、これまで蓄電池反応をリアルタイムに計測する研究に活用されてきた。
SPICA は近年、広範囲な研究分野を対象とした一般利用課題にも供されるようになり、幅広い温度範囲での利用が求められている。そのため、クライオスタットおよびクライオファーネスの開発・整備を行ってきた。本発表では、SPICA における装置開発の現状と、S 型課題において展開してきた電池材料を中心とする機能性材料の構造科学研究について紹介する。
謝辞：本研究の一部は、独立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業の支援により実施した。

＜中性子 S型課題＞
2020S01

MLF／BL12

高分解能チョッパー分光器による物質のダイナミクスの研究Studies on Dynamics in Condensed Matter by using
the High Resolution Chopper Spectrometer伊藤晋一 1、益田隆嗣 1,2、横尾哲也 1、中島多朗 2、浅井晋一郎 2、齋藤開 2、植田大地 1、菊地帆高 2、長谷川舜介 2、川名大地 2、
杉浦良介 2、浅見俊夫 2、井畑良明 3 、谷野弘明 1
1
KEK 中性子、2 東大物性研、3J-PARC センター
高分解能チョッパー分光器（High Resolution Chopper Spectrometer, HRC）
は高分解能で物質の動的構造を探査するために J-PARC MLF の BL12 に設置された中性子非弾性散乱分光器である。本研究は、HRC を用いて、比較的高いエネルギーの入射中性子に対して高いエネルギー分解能を実現させることにより、強相関電子系における相関効果および多自由度効果を統一的に理解すること及び研究分野の拡大を図ることを目指している。これまで、中性子ブリルアン散乱実験と圧力環境下の中性子非弾性散乱実験の整備をすすめ、成果をあげた[1-5]。今後さらに、ベリー位相や電子励起など従来の中性子非弾性散乱では観測対象と考えてこなかった物理量や現象の観測に挑戦するとともに、試料環境を充実させ、特に、極限環境、多重環境、非平衡環境に挑戦し、中性子非弾性散乱法の拡大を図る。
2020-2021 年度は、装置整備で進展があった。超伝導電磁石は、導入以来真空リークに悩まされてきたが、問題はおおむね解決し、5T 以下の磁場中非弾性散乱実験が可能になった。実験をサポートする web ツール群を開発し、単結晶試料の軸立てやスキャンのシミュレーションで実験能率を向上させた。
T0 チョッパーの定期保守作業を実施するとともに、回転シグナルを T0 チョッパー本体から制御盤まで伝送する光ファイバーの放射線劣化に対応した。
カイラル磁性体 MnGe は、単結晶試料が合成できないので、多結晶を用いて中性子ブリルアン散乱法により、磁気励起の分散関係の測定に成功した。
金属反強磁性体 FeMn の単結晶試料を用いて、Ei=600meV までの中性子により、300meV までの磁気励起を観測し、低エネルギー領域ではスピン波励起、高エネルギー領域ではストーナー励起に対応する励起を観測した。ストーナー励起が観測されているとすれば、中性子非弾性散乱による電子励起（バンド間遷移）の観測例となる。また、Ce 系の結晶場励起の研究を開始した[6]。
[1] S. Itoh et al., Physica B 568, 76 (2019), [2] D. Kawana et al., J. Phys.: Conf. Series
1021, 012014 (2018), [3] S. Itoh et al., Nat. Commun. 7, 11788 (2016), [4] S. Hayashida
et al., Sci. Adv. 5, eaaw5639 (2019), [5] S. Itoh et al., JPS Conf. Proc. in press. [6] 植田大地他、2020 年度量子ビームサイエンスフェスタ.